高二计算机网络基础
第一章 计算机网络概述
汝城县职业中等专业学校知识库-信息中心朱老师编辑
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第一章 计算机网络概述
## 第一章 计算机网络概述 ### 计算机网络的定义和发展历史 #### 1.1.1 计算机网络的定义 计算机网络的定义可以从三个核心角度理解,每个角度都能帮我们更细致地搞清楚它到底是什么: 首先,从“物理连接”角度说,它是把多台“有独立功能”的计算机(比如个人电脑、服务器)和打印机、硬盘这些外部设备,用网线、光纤、WiFi设备这些“通信工具”实实在在连起来的系统。不是随便连就行,还得靠“网络操作系统”(比如管理网络的专用软件)、“通信协议”(就像计算机之间说话的“语法规则”,比如书中提到的TCP/IP协议)和“网络管理软件”来协调——这些工具就像“交通指挥”,保证数据能按规矩传,不会乱套。 其次,从“功能目的”角度看,它最核心的是实现“资源共享”和“信息传递”。比如你家里的电脑连了网,就能用邻居家共享的打印机打印文件(硬件资源共享),也能下载网上的软件(软件资源共享),还能给同学传作业文件(信息传递)。而且书中特别提到,用户用这些共享资源时,不用管资源在哪个物理位置——比如你用网盘里的文件,不用知道网盘服务器在哪个城市,点一下就能用。 最后,从“结构特点”角度,它有两个关键逻辑部分:“用户资源子网”和“通信子网”。“用户资源子网”就是直接给我们用的部分,比如你的电脑、学校的服务器,负责处理数据、提供共享的硬件/软件;“通信子网”则是“幕后传输员”,由路由器、交换机这些设备和网线组成,专门负责把数据从一台电脑传到另一台,不用用户操心传输细节。比如你给朋友发消息,消息先通过“用户资源子网”(你的电脑)处理,再交给“通信子网”(网线、路由器)传到朋友的电脑,整个过程你不用管消息走了哪条线路。 简单总结一下:这本书里的计算机网络,就是“连起来的独立计算机+管传输的规则和工具+能共享资源传信息”的综合系统,既要有实实在在的硬件连接,也要有软件和规则来保证“连得通、用得顺”。 #### 1.1.2 计算机网络的发展历史 计算机网络的发展历史丰富多样,按照不同的阶段划分有着不同的特点,下面从两种阶段划分方式展开介绍: - **按照早期阶段、互联网诞生与普及等五个阶段划分**: - **早期阶段(20世纪60年代 - 1970年代)**:20世纪60年代,计算机网络雏形出现,主要为共享大型计算资源,由美国国防部资助用于军事和学术目的。1969年的ARPANET是世界首个分组交换网络 ,是现代互联网前身,证明了计算机可通过网络通信。1970年的NCP协议用于处理数据传输,后被TCP/IP协议取代。 - **互联网的诞生与普及(20世纪80年代 - 1990年代)**:20世纪80年代初,1983年TCP/IP协议成为ARPANET标准协议,标志现代互联网正式诞生,让不同计算机和网络能通信。1984年域名系统(DNS)引入,将域名映射到IP地址,简化互联网使用 。20世纪90年代,1991年蒂姆·伯纳斯 - 李发明万维网,开发首个网页浏览器和HTML标记语言,使互联网向公众开放。同时,互联网服务提供商(ISP)提供接入服务,电子邮件、网页浏览、FTP等应用广泛使用,推动互联网迅速普及。 - **高速宽带与无线网络的兴起(21世纪初 - 2010年代)**:此阶段宽带互联网发展迅速,ADSL、光纤技术提升了互联网接入速度,为流媒体、在线游戏和高清视频等应用提供条件 。Wi-Fi技术大规模普及,用户可无线连接互联网,增加了上网便利性。 - **移动互联网和云计算(2010年代)**:智能手机普及推动移动互联网发展,4G移动通信技术使用户能随时随地通过智能设备连接互联网,使用社交媒体、视频流和云存储等应用 。云计算出现,数据和服务可通过互联网远程存储和访问,降低企业部署和管理IT基础设施的成本。 - **未来发展方向(2020年代及以后)** :5G技术推出,提供更高带宽、更低延迟和更高连接密度,推动自动驾驶、物联网和增强现实/虚拟现实等前沿应用发展。物联网中越来越多设备连接到互联网,为智能家居、智慧城市和工业自动化等提供基础 。基于量子计算和量子通信技术的量子网络在研究中,未来可能改变信息传输的安全性和效率。 - **按照计算机网络萌芽阶段、诞生阶段等四个阶段划分**: - **计算机网络萌芽阶段(1946 - 1969年)**:1946年世界上第一台计算机诞生,之后20多年计算机技术与通信技术开始结合探索。20世纪50年代初,美国建立的半自动地面防控系统SAGE,可视为网络雏形。 - **计算机网络诞生阶段(20世纪70 - 1990年代)**:1969年美国国防部高级研究计划署(ARPA)建立ARPANet,最初连接4个节点,后扩展。它采用分组交换技术,是第一个真正意义上的计算机网络,标志着计算机网络的诞生 。 - **计算机网络协议标准产生与确立阶段**:各大计算机公司制定自己的网络技术标准,但不同公司网络不能互联互通。国际标准化组织(ISO)于1977年设立机构研究,后提出开放式系统互联参考模型(OSI/RM),共七层,1984年正式发布,使各厂家设备、协议达到全网互联 。同期,TCP/IP协议逐渐发展并成为通用协议,其中TCP负责发现传输问题并要求重传,IP为联网设备规定地址。 - **Internet国际互联阶段**:1986年,NSF建立国家科学基金网实现全美互联。1987年9月14日,CANET与德国卡尔斯鲁厄大学互联并发出第一封电子邮件。1993年6月,美国提出NII计划(信息高速公路计划 )。1994年4月,中国正式加入信息高速公路。1997年4月,中国建设了四大网络(中国公用互联网、中国教育科研网、中国科学技术网、中国金桥网) 。21世纪以来,无线网络、移动网络、物联网等技术不断涌现,网络安全等问题也逐渐受到关注。 ## 1.2计算机网络的功能和应用 ### 1.2.1 计算机网络的功能 计算机网络的功能围绕“资源共享、高效通信、稳定运行”等核心需求展开,具体可细化为以下6个关键方面,每个功能都对应实际应用场景,且书中对其原理和价值有明确说明: #### 1. 实现计算机系统的资源共享(最基本功能之一) 网络的核心价值之一是打破单机资源的局限。书中提到,单机的硬件(如大容量磁盘、光盘阵列、高速打印机)、软件(如工具软件、数据库系统)和数据资源(如数据文件、数据库)都是有限的,而接入网络后,用户在操作系统控制下,能跨设备使用这些资源。比如,办公室里多台电脑可共享一台高速打印机,避免每台电脑都配打印机的浪费;科研团队能通过网络共同使用一台存储海量数据的服务器,无需各自存储重复数据。同时,用户无需关注资源的物理位置,就像使用本地资源一样便捷,极大提升了资源利用率,降低了单个用户的设备成本。 #### 2. 实现数据信息的快速传递 计算机网络是通信技术与计算机技术结合的产物,能让分布在不同地域的计算机快速传递数据。书中举例,股票期货交易需要实时传输价格数据,电子函件、网上购物、电子贸易依赖即时信息交互,这些场景都离不开网络的高速数据传递能力——它能极大缩短不同地点间数据传输的时间,比如从北京向上海发送一份几十MB的文件,通过网络几分钟内就能完成,而传统物理传输方式(如U盘邮寄)则需要数天。此外,随着网络覆盖范围扩大,信息传递逐渐摆脱地理位置和时间的限制,比如连入Internet的用户可随时查阅全球各地的新闻、学术资料,实现“随时获取、即时交互”。 #### 3. 提高系统可靠性 书中指出,单个计算机或设备可能因硬件故障、软件问题暂时失效,而网络能通过“多备份、多路由”机制降低这种风险。一方面,重要资源(如企业的核心数据库)可在网络中多个地点做备份,比如把数据同时存储在总部服务器和异地备份服务器,即使其中一台服务器故障,也能从其他备份中恢复数据;另一方面,用户访问某一资源时,可通过多条路由实现——比如从武汉访问广州的服务器,既可以走“武汉-长沙-广州”的线路,也可以走“武汉-南昌-广州”的线路,若其中一条线路故障,网络会自动切换到其他可用线路,避免因单一设备或链路故障导致服务中断。 #### 4. 提供负载均衡与分布式处理能力 这一功能主要解决“高负载场景下的效率问题”。书中分两种情况说明: - **负载均衡**:针对高访问量场景,比如大型互联网公司(如视频平台、电商平台),会在全球多个地区部署相同内容的服务器(如WWW服务器),通过技术让不同地域的用户访问“离自己最近的服务器”——比如北京用户访问某视频网站时,自动连接北京的服务器,广州用户连接广州的服务器,这样既能避免某一台服务器因访问量过大而卡顿,也能减少用户等待时间,实现各服务器“负荷均匀”。 - **分布式处理**:把复杂的大型任务拆分成多个小任务,分配给网络中不同的计算机并行处理,而非依赖一台大型计算机。比如气象部门的天气预报计算,需要处理海量的气象数据(温度、湿度、气压等),可将数据拆分到多台计算机上分别计算,最后汇总结果,这样既能提高计算效率,也能降低对单台高性能计算机的依赖,减少成本。 #### 5. 实现集中管理 对于地理位置分散但需要统一管理的事务,网络是核心支撑。书中举例,飞机、火车订票系统需要实时同步全国的票务信息——北京的用户订一张“北京-上海”的机票,系统要立即更新上海、广州等其他城市的余票数据,避免超售,这必须通过网络实现全国票务数据的集中管理;再比如银行的通存通兑业务,用户在杭州的银行存的钱,能在成都的银行取出,背后是网络将全国各银行网点的用户账户数据集中到总行服务器,实现“数据统一管理、业务跨地域办理”。若没有网络,这些分散的事务无法实现高效协同,更无法保证数据一致性。 #### 6. 提供综合信息服务 随着网络发展,它逐渐成为“多维化的信息集成平台”,书中提到,网络不仅能传递文字、数据,还能整合语音、图像、动画等多媒体信息,提供多样化服务。比如,用户可通过网络观看直播(整合视频、语音)、参与在线课堂(整合课件、互动语音)、使用视频会议系统(整合多地画面、实时语音);同时,网络还能聚合不同领域的资源,比如一个政务平台可同时提供“社保查询、违章处理、证件办理”等多种服务,用户无需切换多个系统,在一个平台就能完成多类事务,体现了“一站式信息服务”的特点。 ## 1.2.2 计算机网络的应用 计算机网络凭借其强大的功能,已渗透到现代生活和生产的多个领域,书中明确介绍了以下几类核心应用场景,每个场景都结合实际需求说明了网络的具体作用: ### 1. 办公自动化(提升办公效率与协同能力) 书中提到,传统办公依赖单机文字处理、传真机、复印机等设备,效率低且难以协同,而计算机网络改变了这一模式——它能将单位内的微机、数字复印机、打印机等设备连成网络,实现“公文处理、会议管理、信息发布、车辆调度”等业务的高效协同。比如,员工可通过网络在线编辑共享文档,多人实时修改并同步内容,无需反复传文件;会议通知可通过网络直接推送到所有参会人员的电脑或终端,还能通过视频会议系统实现异地人员“面对面”讨论;单位的车辆调度信息可实时更新在网络平台上,员工能随时查看车辆使用状态,避免资源闲置或冲突。这种网络化办公模式,大幅减少了纸质文件传递、人工沟通的成本,让办公流程更顺畅。 ### 2. 管理信息系统(支撑企业/组织的精细化管理) 对于现代化企业或机构,网络是管理信息系统的核心载体。书中指出,企业内的“计划统计、劳动人事、仓库设备、生产管理、财务管理”等子系统,可通过网络连接成一个整体,实现数据共享与实时传输。例如,仓库管理子系统录入“原材料入库”数据后,生产管理子系统能立即获取库存信息,判断是否满足生产需求;财务子系统可实时调取销售数据,自动核算营收与成本;厂长或经理通过查询子系统,能随时查看各子系统的实时数据,快速做出管理决策。这种基于网络的管理模式,避免了各部门数据“孤岛”问题,让企业管理更精准、高效,也是企业信息化的核心基础。 ### 3. 过程控制(优化工业生产的自动化与协同性) 在现代化工厂中,网络是实现生产过程自动化控制的关键。书中举例,各生产车间的生产设备(如机床、流水线控制器)可通过网络互联,实时交换生产数据、协调工作——比如,车间A的零部件加工完成后,通过网络将“完工信号”发送给车间B,车间B的流水线自动启动装配流程;同时,网络还能将生产过程中的关键参数(如温度、压力、转速)实时传输到中央控制室,工作人员可远程监控设备运行状态,若出现参数异常,能通过网络远程调整设备参数或触发停机保护,避免生产事故。这种网络化的过程控制,不仅提高了生产效率,还能保证产品质量的稳定性,减少人工干预的误差。 ### 4. Internet应用(覆盖日常与专业领域的多样化需求) 书中重点介绍了Internet的四大核心应用,这些应用也是当前网络最普及的场景: - **电子函件(E-mail)**:作为Internet最早期的应用之一,电子函件能实现“快速、低成本”的信息传递,书中提到,它支持一对多发送、信件转发与回复,还能在信件中包含声音、图像等多媒体信息——比如,企业可通过邮件向多个客户发送产品介绍,用户可通过邮件接收带附件的文档、照片;此外,用户还能“订阅”信息(如行业资讯、期刊摘要),系统会定期通过邮件推送,相比传统信件,效率提升数十倍,成本却极低。 - **信息发布(WWW服务)**:随着WWW技术的发展,企业、政府、学校甚至个人都能建立网站发布信息,书中指出,网络已成为继报纸、广播、电视后的“第四媒体”——比如,企业通过官网展示产品、招聘信息,政府通过政务网站发布政策、办事指南,农民可通过网络发布农产品销售信息,用户则能通过浏览器快速查询所需内容,信息获取的效率和范围大幅提升。 - **电子商务(E-Commerce)**:作为Internet应用的核心阶段,电子商务涵盖B-B(企业对企业)、B-C(企业对个人)、C-C(个人对个人)等模式,书中提到,它改变了传统商业流程——比如,企业可通过B-B模式在线采购原材料,减少中间环节成本;个人可通过B-C模式在电商平台购物,足不出户获取商品;C-C模式则支持个人之间的闲置物品交易。尽管电子商务在安全、法律等方面仍有挑战,但已成为知识经济时代的重要发展趋势。 - **远程音频、视频应用**:依托网络通信技术的进步,跨地域的声音、图像传输成为现实。书中举例,视频点播(VOD)服务让用户能主动点播节目库中的内容;IP电话、网上可视电话实现异地“实时通话+画面交互”;远程多媒体教学让学生能观看异地教师的授课视频、参与互动;网上医院则支持远程影像传输(如X光片、CT影像),方便专家异地会诊。这些应用打破了空间限制,让优质资源(如教育、医疗资源)能更广泛地共享。
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2025年9月22日 09:55
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